Истоки компьютерной революции

 

            А в это время на другом конце страны Джордж Стибиц, математик из фирмы “Белл телефон лабораторис”, по привычке размышлял на досуге “о том, о сем”. Однажды, в 1937 г., ему в голову пришла мысль, что булева логика—это естественный язык, на котором должна основываться работа систем электромеханических телефонных реле.

ОТ СЛОВ К ДЕЛУ

 

            Стибиц сразу приступил к делу, полагая, что руководство фирмы  найдет применение его результатам. Как и все любители поизобретать, он начал с того, что собрал  необходимые детали и принадлежности. Работая по вечерам за кухонным столом, он собрал аппарат из старых реле, пары батареек, лампочек, проводов и металлических полосок, нарезанных из жестянных банок. Созданное им устройство, было электромеханической схемой, которая выполняла операцию двоичного сложения.

 

            Еще через пару лет Стибиц  вместе с другим сотрудником  фирмы разработал устройство, способное  производить операции вычитания, умножения и деления, а также  сложения комплексных чисел. Стибиц  назвал свое устройство калькулятором комплексных чисел, и в январе 1940 г. ее начали использовать в управлении фирмы на Манхэттэне. Установленный рядом телетайп передавал на машину сигналы и через считанные секунды получал ответ.

 

            Однако еще до того, как Шеннон  закончил диссертацию, а Стибиц начал собирать модель калькулятора на кухонном столе, подобной работой занялся их собрат по духу Конрад Цузе, живший в Берлине.

 

            В 1936 г. Цузе уволился из технической  фирмы, где работал, и отдал все  свое время разработке компьютера. Получив немного денег от друзей, он устроил “мастерскую” на маленьком столе в углу гостинной в доме родителей. Когда машина стала приобретать форму и разростаться в размерах, ему пришлось придвинуть еще несколько столов, а затем переместиться со своим детищем в середину комнаты. Через 2 года он завершил постройку машины, которая занимала около 4 м2 и представляла собой хитросплетение реле и проводов.

 

            Машина Z1 имела клавиатуру с которой  вводились в нее условия задач. По завершении вычислений результат высвечивался на панели с множеством маленьких лампочек. В общем Цузе был доволен своим аппаратом, сомнения вызывала только клавиатура, которая, на его взгляд, была неудобной и слишком медленно действовала. Перебрав в уме другие варианты, он придумал очень остроумное и дешевое устройство ввода: Цузе стал кодировать инструкции для машины, пробивая отверстия в использованной 35-миллиметровой фотопленке. Машина, работавшая с перфорированной лентой, получила название Z2.

 

            Цузе с энтузиазмом продолжал работу в одиночку до 1939 г. Но тут началась вторая мировая война. Цузе, Стибиц и другие пионеры вычислительной техники по обе стороны Атлантического океана оказались втянутыми в лихорадочную гонку, целью которой было создание на основе их разработок принципиально нового вида вооружений. Война дала мощный импульс дальнейшему развитию теории и практики вычислительной техники. Она также способствовала тому, что были собраны воедино разрозненные достижения ученых и изобретателей, внесших свой вклад в развитие двоичной математики, начиная с Лейбница. Двухсимвольное представление информации в конце концов было принято за основу языка ЭВМ.

РАЗРАБОТКИ ВОЕННЫХ ЛЕТ

 

 

В

 

 конце 1941 г., вскоре после  вступления США во вторую мировую  войну, президент фирмы IBM направил телеграмму в Белый дом. Как и многие другие рукводители крупных компаний, в это трудное для страны время Томас Дж. Уотсон предложил американскому правительству услуги своей корпорации.

 

            Казалось, производственный потенциал  фирмы имеет мало общего с военной техникой. В основном фирма была ориентирована на производство таких изделий, как пишущие машинки, настольные калькляторы и табуляционные машины, подобные той, какую изобрел Герман Холлерит в 1890 г. Уотсон, которому в 1941 г. было уже 67 лет, начинал карьеру, торгуя кассовыми аппаратами для магазинов, и постепенно превратил свою компанию в концерн с многомиллионным оборотом. В нем сочетались интуиция, позволяющая улавливать наиболее перспективные направления технического развития, и талант предпринимателя.

 

            Выполняя обещание, данное Белому  дому, фирма IBM “вступила” в войну. Тысячи табуляторов, гигантских  машин для сортировки перфокарт, получивших позднее название  прцессоров данных,—ускоряли поток  бумажной работы порожденной всеобщей мобилизацией. Часть производственных помещений Уотсон переоборудовал для производства винтовок и прицельных устройств для бомбометания.

 

            Однако в рукаве белоснежной  сорочки Уотсона был припрятан  еще один “козырь”. За два  года до нападения Японии на Пирл-Харбор он вложил $500000 из фондов своей фирмы в дерзкое предприятие, задуманное молодым гарвардским математиком Говардом Эйкеном. Устав от бесконечных вычислений в процессе работы над докторской диссертацией, Эйкен решил создать универсальный программируемый компьютер.

КОМПЬЮТЕР “МАРК-1”

 

            С благословения командования  военно-морского флота, при финансовой  и технической поддержке фирмы IBM Эйкен принялся за разработку  машины, в основу которой легли  непроверенные идеи XIX в. и надежная технология XX в. Описания Аналитической машины, оставленного самим Бэббиджем, оказалось более чем достаточно. В качестве переключательных устройств в машине Эйкена использовались простые электромеханические реле; инструкции были записаны на перфоленте. В отличие от Стибица Эйкен не осознал преимуществ двоичной системы счисления, и данные вводились в машину в виде десятичных чисел.

 

            Разработка машины “Марк-1” проходила на удивление гладко. Успешно пройдя первые испытания в начале 1943 г., она была затем перенесена в Гарвардский унивеситет, где стала яблоком раздора между ее изобретателем и его шефом.

 

            Следует заметить, что и Эйкен, и Уотсон, обладая немалым упрямством, любили делать все по-своему. Сначала они разошлись во мнениях по поводу внешнго вида машины. “Марк-1”, достигавший в длину почти 17 м и в высоту более 2,5 м, содержал около 750 тыс. деталей, соединенных проводами общей протяженностью около 800 км. Для инженера такая махина была поистине кошмарным сном. Эйкен хотел оставить внутренности машины открытыми, чтобы специалисты имели возможность видеть ее устройство. Уотсон же, которого, как всегда, больше беспокоила репутация фирмы, настаивал, чтобы машину заключили в корпус из стекла и блестящей нержавеющей стали.

 

            Вскоре Уотсон передал машину  в распоряжение ВМФ, и ее стали  использовать для выполнения  сложных баллистических расчетов, которыми руководил сам Эйкен. “Марк-1” мог перемалывать числа длинной до 23 разрядов. На сложение и вычитание тратилось 0,3 с, а на умножение 3 с. Такое быстродействие было беспрецендентным. За день машина выполняла вычисления, на которые раньше уходило полгода.

 

            В Германии лидерство захватил Конрад Цузе. В 1941 г., почти за два года до того, как “Марк-1” прелопатил первые числа, и вскоре после создания пробных моделей Z1 и Z2, Цузе построил действующий компьютер—прграммно управляемое устройство, основанное на двоичной системе счисления. Машина Z3 была значительно меньше машины Эйкена и значительно дешевле в производстве.

 

            В 1942 г. он и австрийский инженер-электрик  Хельмут Шрайер, который время  от времени сотрудничал с Цузе, предложили создать компьютер  принципиально нового типа. Они задумали перевести машину Z3 с электромеханических реле на вакуумные электронные лампы. В отличие от электромеханических переключателей электронные лампы не имеют движущихся частей; они управляются электрическим током исключительно электрическим способом. Машина, задуманная Цузе и Шрайером, должна была работать в тысячу раз быстрее, чем любая из машин, имевшихся в то время в Германии.

 

            Но предложение инженеров отклонили. Война еще только начиналась, и Гитлер, уверенный в быстрой  победе, наложил запрет на все долговременные научные разработки. Говоря о потенциальных сферах применения своего быстодействующего компьютера, Цузе и Шрайер отмечали возможность его использования для расшифровывания закодированных сообщений, передаваемых британским командованием по рациям. Тогда еще никто не знал, что англичане разрабатывали машину для той же цели.

 

            В отличие от полукустарной  работы Цузе в Берлине английский  проект относился к разработкам  самого высокого приоритета; он  осуществлялся в рамках проекта “Ультра”, целью которых был поиск способов расшифровки немецких кодов. Идея проекта “Ультра” зародилась после весьма успешной операции, проведенной польской разведкой. Еще до оккупации Польши Германией в 1939 г. поляки умудрились создать точную копию немецкого шифровального аппарата “Загадка” и переправить его в Англию вместе с описанием принципа работы.

 

            Аппарат “Загадка” представлял  собой электромеханический телепринтер, в котором шифровка сообщений  производилась случайным поворотом рычагов. Отправитель настраивал телепринтер на определенный ключ, вставлял набор штырьков в ячейки (подобно тому как это делается на телефонном коммутаторе) в соответствии с определенной схемой и печатал сообщение. После этого машина автоматически передовала сообщение в зашифрованном виде. Кроме этого поляки ничего не могли сказать англичанам. Без ключа и схемы коммутации (их немцы меняли три раза в день) даже использование в качестве приемника еще одного устройства “Загадка” было бесполезно.

 

            В надежде раскрыть секрет “Загадки” британская разведка собрала группу блестящих и несколько эксцентричных ученых и поселила их в Блетчли-Парке, обширном имении викторианской эпохи, расположенном неподалеку от Лондона, изолировав от остального мира.

 

            Сначала удалось создать несколько  дешифраторов, в которых использовались  электромеханические переключатели  такого же типа, как у Конрада  Цузе в Берлине, Джона Стибица  в “Бэлл телефон лабораторис”  и Говарда Эйкена в Гарвардском  университете. Эти машины работали по существу “методом проб и ошибок”, перебирая до бесконечности всевозможные комбинации из символов немецкого кода, пока не возникал какой-нибудь осмысленный фрагмент. Однако в конце 1943 г. затворники Блетчли-Парка сумели построить гораздо более мощные машины. Вместо электромеханических реле в них содержалось около 2000 электронных вакуумных ламп. Примечательно, что именно такую технологию предлагал Цузе для создания новой машины, признанной в Германии нецелесообразной. Даже количество ламп было то же самое. Англичане назвали новую машину “Колосс”.

 

            Тысячи перехваченных за день  неприятельских сообщений вводились  в память “Колосса” в виде  символов, закодированных на перфоленте. Ленту вводили в фотоэлектрическое  считывающее устройство, которое сканировало ее с удивительной скоростью—5000 символов в секунду, после чего в поисках соответствия машина сопостовляла зашифрованное сообщение с уже известными кодами “Загадки”. Каждая машина имела пять считывающих устройств, в результате за секунду обрабатывалось поразительное количество информации: около 25000 символов.

 

            Хотя использование вакуумных  ламп ознаменовало крупный шаг  вперед в развитии вычислительной  техники, “Колосс” все же был  специализированной машиной, применение которой ограничивалось расшифровкой секретных кодов. Однако на другом берегу Атлантического океана, в Филадельфии, потребности военного времени способствовали созданию устройства, которое по принципам работы и применению было уже ближе к теоритической универсальной машине Алана Тьюринга (ученого, внесшего наибольший вклад в создание “Колосса”). Машина “Эниак” (ENIAC, аббревиатура от Electronic Numerical Integrator and Computer—электронный цифровой интегратор и вычислитель), подобно “Марку-1” Говарда Эйкена, также предназначалась для решения задач баллистики. Но в итоге она оказалась способной решать задачи из самых различных областей.

ПОЯВЛЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

 

            Война разрасталась, военные разработки  требовали ускорения, Лаборатория  баллистических исследований министерства обороны США не справлялась с работой и в конце концов была вынуждена обратиться за помощью. В расположенном наподалеку Высшем техническом училище Пенсильванского университета был создан вспомогательный вычислительный центр. Училище располагало дифференциальным анализатором, однако двое сотрудников вычислительного центра, Джон У. Мочли и Дж. Преспер Экерт, вознамерились придумать кое-что получше.

 

            9 апреля 1943 г.—в день, когда Экерту  исполнилось 24 года,—армия заключила с училищем контракт на $400000, предусматривающий создание компьютера “Эниак”. Группа специалистов, работавшая над этим проектом, в конечном счете выросла до 50 человек. Мочли был главным консультантом проекта, Экерт—главным конструктором. Разные по своему характеру и привычкам эти два человека прекрасно дополняли друг друга.

 

            Конструкция машины выглядела  фантастически сложной—предполагалось, что она будет содержать 17 468 ламп. Такое обилие ламп отчасти  объяснялось тем, что “Эниак” должен был работать с десятичными числами. Мочли предпочитал десятичную систему счисления, ибо хотел, чтобы “машина была понятна человеку”. Однако столь большое количество ламп, которые, перегреваясь, выходили из строя, приводило к частым поломкам. При 17000 ламп, одновременно работающих с частотой 100000 имп./с, ежесекундно возникало 1,7 млрд. ситуаций, в которых хотя бы одна из ламп могла не сработать. Экерт решил эту проблему, позаимствовав прием, который широко использовался при эксплуатации больших электроорганов в концертных залах: на лампы стали подавать несколько меньшее напряжение, и количество аварий снизилось до одной-двух в неделю.

 

            В конце 1945 г., когда “Эниак” был  наконец собран и готов к  проведению первого официального  испытания, война, нуждам которой он был призван служить, окончилась. Однако сама задача, выбранная для проверки машины,—расчеты, которые должны были ответить на вопрос о принципиальной возможности создания водородной бомбы,—указывала на то, что роль компьютера в последние годы и годы “холодной войны” не снижалась, а скорее возростала.